Phosphorsäure

Strukturformel
Allgemeines
Name	Phosphorsäure
Andere Namen	ortho-Phosphorsäure Phosphor(V)-säure E 338
Summenformel	H3PO4
CAS-Nummer	7664-38-2
PubChem	1004
Kurzbeschreibung	farb- und geruchloser Feststoff oder Flüssigkeit
Eigenschaften
Molare Masse	98,00 g·mol−1
Aggregatzustand	fest (oft flüssig, da eine unterkühlte Schmelze recht lange lagerbar ist)
Dichte	1,87 g·cm−3 (25 °C)
Schmelzpunkt	42,35 °C
Siedepunkt	Zersetzung: 213 °C (Wasserabspaltung)
Dampfdruck	3,8 Pa (20 °C)
pKs-Wert	pKs1: 2,16 pKs2: 7,21 pKs3: 12,32
Löslichkeit	vollständig mischbar mit Wasser
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus EU-Verordnung (EG) 1272/2008 (CLP)  Gefahr H- und P-Sätze H: 314 EUH: keine EUH-Sätze P: 280-​301+330+331-​305+351+338-​309+310 EU-Gefahrstoffkennzeichnung aus EU-Verordnung (EG) 1272/2008 (CLP)  Ätzend (C) R- und S-Sätze R: 34 S: (1/2)-26-45
MAK	2 mg·m−3 (einatembarer Aerosolanteil)
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

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Die „normale“ oder ortho-Phosphorsäure ist die wichtigste Sauerstoffsäure des Phosphors. Sie ist eine dreiprotonige Säure und reagiert bezüglich der ersten Deprotonierung als mittelstarke Säure. Ihre Salze und Ester heißen Phosphate. Der Phosphor hat in diesen Verbindungen die Oxidationsstufe V. Wichtige Arbeiten zur Aufklärung der Struktur leistete Thomas Graham.

Von der Phosphorsäure leiten sich außerdem die Kondensate Diphosphorsäure, Meta- und Polyphosphorsäuren ab.

Als Lebensmittelzusatzstoff wird Phosphorsäure als E 338 deklariert.

Gewinnung und Darstellung

Phosphorsäure kann aus Rohphosphat (meistens Apatit, Ca₅(PO₄)₃X mit X = F, OH oder Cl) und Schwefelsäure, Salzsäure oder Salpetersäure hergestellt werden. Als Nebenprodukte fallen dabei CaSO₄ (Phosphorgips, verunreinigter Gips) und H₂[SiF₆] (Hexafluorokieselsäure) an. Alternativ lässt sich Phosphorsäure durch Verbrennung elementaren Phosphors zu Phosphorpentoxid, P₄O₁₀, und anschließende Hydrolyse herstellen (sogenannte thermische Phosphorsäure). Ein hochreines Produkt erhält man durch aufkonzentrieren einer handelsüblichen Phosphorsäurelösung auf einen Gehalt von über 90 Prozent und anschließende Kristallisation in einem genau eingehaltenen Temperaturbereich.

Eigenschaften

Die wasserfreie Substanz ist stark hygroskopisch.

Die Phosphorsäure ist eine dreiprotonige Säure, die ihren Protonen in drei Stufen an Wassermoleküle unter Bildung von Oxonium (H₃O⁺) und unter Bildung von Dihydrogenphosphat-, Hydrogenphosphat- bzw. Phosphat-Anionen abgeben kann. Die zugehörigen pKs-Werte betragen pK_s1 = 2,161; pK_s2 = 7,207 und pK_s3 = 12,325.

$\mathrm{H_3PO_{4(aq)} + H_2O_{(l)} \rightleftharpoons}$ $\mathrm{H_3O^+_{(aq)} + H_2PO^-_{4(aq)}}$	$\mathrm{K_{s1} = 6,9 \cdot 10^{-3}}$
$\mathrm{H_2PO^-_{4(aq)} + H_2O_{(l)} \rightleftharpoons}$ $\mathrm{H_3O^+_{(aq)} + HPO^{2-}_{4(aq)}}$	$\mathrm{K_{s2} = 6,2 \cdot 10^{-8}}$
$\mathrm{HPO^{2-}_{4(aq)}+ H_2O_{(l)} \rightleftharpoons}$ $\mathrm{H_3O^+_{(aq)} + PO^{3-}_{4(aq)}}$	$\mathrm{K_{s3} = 4,7 \cdot 10^{-13}}$

Verwendung

Phosphorsäuren dienen als Ausgangsstoff zur Herstellung phosphathaltiger Dünger (in den USA >90 % der Produktion), von Waschmitteln, Rostentfernern bzw. von Rostumwandler sowie zur Passivierung von Eisen und Zink zum Schutz vor Korrosion. In der Zahnmedizin findet Zinkphosphatzement Verwendung.

Phosphorsäure ist in hoher Konzentration ätzend, verdünnt wird sie in der Lebensmittelindustrie als Konservierungsmittel, Säuerungsmittel (z. B. Cola-Getränken) und als Säureregulator eingesetzt (E 338). Phosphorsäure ist bis auf ihre ätzende Wirkung für den menschlichen Organismus ungiftig.

Phosphorsäure wird zur Herstellung von Pufferlösungen (siehe Phosphatpuffer) eingesetzt.

Biologische Bedeutung

Phosphorsäureester und Phosphorsäureanhydride spielen im Stoffwechsel eine zentrale Rolle, insbesondere als Energie- und Gruppenüberträger (siehe z. B. ATP bzw. GTP). Sie sind unter anderem integraler Bestandteil der DNA, der RNA und vieler Coenzyme.

Nachweis

Die Phosphorsäure und lösliche Phosphate lassen sich durch Fällung mit Ammoniumheptamolybdat zu gelbem Ammoniummolybdatophosphat, oder durch Fällung mit Magnesiumionen in ammoniakalischer Lösung zu MgNH₄PO₄ nachweisen.

Literatur

• A. F. Holleman, E. Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 101. Auflage. Walter de Gruyter, Berlin u. New York 1995, S. 764.

Siehe auch

• Phosphonsäure
• Phosphinsäure
• Thiophosphorsäure

Weblinks

 Wiktionary: Phosphorsäure – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• Sicherheitsdatenblatt